(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被加熱材を同時に誘導加熱することができる加熱装置と、
鋼管の端部を前記加熱装置に装入して加熱しつつ、搬送するコンベアと、
搬送された鋼管の端部を絞って口絞り加工を施す口絞り機と、
前記コンベアにより搬送された鋼管を前記口絞り機に搬送する口絞り搬送装置と、
下記（１）式により算出される基本投入電力と、前記加熱装置に装入された鋼管の本数とを乗じた値に応じて前記加熱装置に投入する電力を調整する加熱制御手段と、
端部が加熱された鋼管に前記口絞り機で口絞り加工を施す際、前記加熱装置による加熱が完了してから口絞り加工を開始するまでに要する放冷時間を、下記（２）式により算出される時間に応じて調整する放冷時間制御手段とを有することを特徴とする鋼管端部の口絞り加工装置。
Ｗ＝４．３×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ＋７６ ・・・（１）
Ｔ＝６．６×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ−１６ ・・・（２）
ここで、Ｗは基本投入電力（ｋＷ）、Ｔは時間（ｓ）、Ｄ１は口絞り加工前の鋼管の外径（ｍｍ）、ｔは口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）、Ｄ２は口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径（ｍｍ）である。
【請求項２】
前記コンベアが、口絞り加工を施す前に加熱が必要な鋼管の場合は、当該鋼管の端部を前記加熱装置に装入して加熱しつつ搬送し、口絞り加工を施す前に加熱が不要な鋼管の場合は、当該鋼管の端部を前記加熱装置に装入して加熱することなく搬送することを特徴とする請求項１に記載の鋼管端部の口絞り加工装置。
【請求項３】
口絞り加工前の鋼管の外径および肉厚、並びに口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径が同一である鋼管群を順次搬送し、搬送された鋼管の端部に口絞り機で口絞り加工を施す鋼管端部の口絞り加工方法であって、
前記鋼管群を順次搬送する際に、複数の被加熱材を同時に誘導加熱することができる加熱装置に装入して鋼管の端部を加熱しつつ、搬送し、
前記加熱装置に投入する電力を、下記（１）式により算出される基本投入電力と、前記加熱装置に装入された鋼管の本数とを乗じた値に応じて調整し、
前記搬送された鋼管の端部に口絞り加工を施す際に、前記加熱装置による加熱が完了してから口絞り加工を開始するまでに要する放冷時間を、下記（２）式により算出される時間に応じて調整することを特徴とする鋼管端部の口絞り加工方法。
Ｗ＝４．３×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ＋７６ ・・・（１）
Ｔ＝６．６×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ−１６ ・・・（２）
ここで、Ｗは基本投入電力（ｋＷ）、Ｔは時間（ｓ）、Ｄ１は口絞り加工前の鋼管の外径（ｍｍ）、ｔは口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）、Ｄ２は口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径（ｍｍ）である。
【請求項４】
口絞り加工前の鋼管の外径および肉厚、並びに口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径が同一であって、口絞り加工を施す前に加熱が必要な鋼管群と、口絞り加工前の鋼管の外径および肉厚、並びに口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径が同一であって、口絞り加工を施す前に加熱が不要な鋼管群とを交互に搬送し、搬送された鋼管の端部に口絞り機で口絞り加工を施す鋼管端部の口絞り加工方法であって、
前記加熱が必要な鋼管群に口絞り加工を施す際に、請求項３に記載の鋼管端部の口絞り加工方法を用い、
前記加熱が不要な鋼管群に口絞り加工を施す際に、鋼管を前記加熱装置に装入することなく、順次搬送し、搬送された鋼管の端部に口絞り加工を施すことを特徴とする鋼管端部の口絞り加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の端部に口絞り加工を施す口絞り加工装置および口絞り加工方法に関し、さらに詳しくは、設備コストを抑えることができるとともに、加熱された鋼管の端部に発生する温度ばらつきを低減し、良好な口絞り加工性能を得ることができる鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管に冷間抽伸加工を施す場合、その前工程で端部を絞る口絞り加工を鋼管に施す。冷間抽伸加工では、ダイスに鋼管の口絞り部を通した状態でセットした後、口絞り部を引抜いて、ダイスやプラグといった工具により所定寸法の鋼管に仕上げる。このように用いられる口絞り部は、一般的に、管端に向かって外径が小さくなるテーパ部に外径が一定のストレート部を連設して形成される。また、口絞り部は、管端に向かって外径が小さくなるテーパ部のみを設けて形成される場合もある。
【０００３】
このような口絞り部を形成する口絞り加工では、鋼管の寸法や、口絞り機の加圧力に応じ、鋼管の端部を加熱した後に口絞り加工を施す場合と、鋼管の端部を加熱することなく常温で口絞り加工を施す場合とがある。
【０００４】
図１は、鋼管の寸法と常温で口絞り加工を施す際に鋼管端部に付与する加圧力（ｋＮ）との関係を示す図であり、横軸の鋼管の寸法は外径比に口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）を乗じた値である。ここで、外径比とは、口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径（ｍｍ）を口絞り加工前の鋼管外径（ｍｍ）で除したものである。また、口絞り部の最小外径とは、口絞り部がテーパ部にストレート部を連設して形成される場合はストレート部の外径、口絞り部がテーパ部のみを設けて形成される場合は絞られた管端の外径である。同図に示す鋼管端部に付与する加圧力は、口絞り加工を施す際に口絞り機が備える圧力計により測定した。この際、鋼管の材質は、主にオーステナイト系ステンレス鋼とした。
【０００５】
通常、口絞り機で付与することができる最大の加圧力は１０００ｋＮ程度であり、最大加圧力を超える加圧力を付与する必要がある場合は常温で口絞り加工を施すことはできない。この場合、鋼管の端部を加熱することにより、口絞り加工に必要な加圧力が低下することから、鋼管の端部を加熱した後に口絞り加工を施す。最大加圧力が１０００ｋＮの口絞り機を用いる場合、図１に示すように、必要な加圧力が１０００ｋＮを超える鋼管の寸法条件では、鋼管の端部を加熱した後に口絞り加工を施し、必要な加圧力が１０００ｋＮ以下で絞る鋼管の寸法条件では、鋼管の端部を加熱することなく常温で口絞り加工を施す。
【０００６】
鋼管の端部を加熱した後に口絞り加工を施す場合、加熱した鋼管端部に、目標とする加熱温度より高温部分または低温部分が生じる場合がある。このような温度ばらつきが生じ、そのばらつきが大きいと、口絞り加工時に鋼管を所望の形状に加工できなかったり、鋼管の口絞り部に亀裂や内部ボイドを生じさせたりするおそれがある。このため、鋼管の端部を加熱する際は、発生する温度ばらつきを低減することが求められる。
【０００７】
鋼管の端部を加熱する方法に関し、従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献１〜３がある。特許文献１〜３は、鋼管の端部を厚肉化してねじ切り代を確保するアブセット加工の前に鋼管の端部を加熱する方法に関するものである。特許文献１は、搬送しながら鋼管の端部を加熱する装置であって、鋼管の端部を急速加熱可能とする誘導加熱装置の出側に、鋼管の端部を均一加熱可能とするバーナー式加熱炉を設けた加熱装置が提案されている。
【０００８】
特許文献１では、急速加熱可能な誘導加熱装置と均一加熱可能なバーナー式加熱炉を併用することにより、短い時間で均一に加熱することができるとしている。しかし、特許文献１に提案される加熱装置では、誘導加熱装置とバーナー式加熱炉を設ける必要があり、設備コストが問題となる。
【０００９】
また、特許文献２には、鋼管の端部を加熱する際に、放射温度計を用いて鋼管端部の内面温度を長手方向に走査して測定し、この測定結果に応じて被加熱材の長手方向に沿って配置された複数個の加熱源の投入熱量を制御する鋼管端部の加熱制御方法が提案されている。
【００１０】
特許文献２に提案される鋼管端部の加熱制御方法では、放射温度計を用いて鋼管端部の内面温度を長手方向に走査して測定する。これにより、特許文献２に提案される鋼管端部の加熱制御方法は、加熱後に鋼管の外面温度を測定する場合に比べ、スケールや表面冷却による影響を小さくして鋼管端部の温度を高精度で測定でき、その結果、加熱される鋼管端部の温度を高精度で制御できるとしている。しかし、特許文献２に提案される鋼管端部の加熱制御方法では、被加熱材の長手方向に沿って複数個の加熱源を設け、加熱源ごとに投入熱量を調整することから、制御が複雑になるとともに、複数の制御装置が必要となる。このため、加熱装置が煩雑となり、設備コストが問題となり易い。
【００１１】
特許文献３には、鋼管の端部を誘導加熱する際に、誘導加熱装置を前進または後退させ、加熱される鋼管端部から加熱されない部分へ移行する部分の温度勾配を緩やかにする鋼管端部の加熱方法が提案されている。特許文献３で提案される鋼管端部の加熱方法では、バーナー式加熱と誘導加熱を併用する場合に比べ、鋼管外面にスケールが形成されるのを防ぐことができるとともに、形成されるスケールによりアブセット加工時に疵が発生するのを防止できるとしている。
【００１２】
また、特許文献３では、加熱される鋼管の端部から加熱されない部分へ移行する部分の温度勾配を緩やかにすることにより、アブセット加工時に本体からテーパ部が立ち上がる部分の曲率を大きくすることができるとしている。しかし、特許文献３で提案される鋼管端部の加熱方法では、加熱された鋼管の端部に発生する温度ばらつきについては検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭５８−１０７２４５号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９７３２４号公報
【特許文献３】特開平６−３１３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述の通り、鋼管の端部を加熱した後に口絞り加工を施す場合、加熱された鋼管の端部に発生する温度ばらつきを低減することが求められる。従来の鋼管端部の加熱方法により、鋼管の端部を加熱した後に口絞り加工を施すと、鋼管の端部を均一に加熱できるものもあるが、加熱装置が煩雑となり、設備コストが問題となる。
【００１５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、設備コストを抑えることができるとともに、加熱された鋼管の端部に発生する温度ばらつきを低減し、良好な口絞り加工性能を得ることができる鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記問題を解決するため、良好な口絞り加工性能を得ることができる鋼管端部の温度条件について検討した。その結果、加熱された鋼管端部の最低温度が８００℃以上であり、かつ、鋼管端部内に生じる温度差が１００℃以下であるという条件を満たすことにより、良好な口絞り加工性能が得られることを知見した。また、加熱する際、鋼管端部において溶融温度である１３００℃を超える部分が生じると、鋼管に曲りが発生して製品不良となるので、鋼管端部の最高温度を１３００℃以下にして加熱する必要がある。
【００１７】
急速加熱可能な誘導加熱による加熱装置を用いて鋼管の端部を加熱する際に上記温度条件を満たすため、本発明者らは、誘導加熱された鋼管を、加熱装置から取り出し常温で放冷する基礎試験を行った。基礎試験では、１本の鋼管を、管端から３００ｍｍの位置まで誘導加熱し、その周波数は１７Ｈｚ、投入電力は２５ｋＷ、加熱時間は１０分とした。また、ＪＩＳに規定されるＳＵＳ３０４ＴＰステンレス鋼からなる鋼管であって、外径６３ｍｍ、肉厚８ｍｍのものを用いた。
【００１８】
基礎試験では、管端から５ｍｍの位置および管端から２００ｍｍの位置で温度を測定した。これは、鋼管の端部を誘導加熱すると、鋼管の端部において管端から１０ｍｍ程度までの範囲が高温となる傾向があるからである。
【００１９】
図２は、誘導加熱により１本の鋼管を加熱する基礎試験における加熱時間と鋼管端部の温度との関係を示す図である。同図に示すように、鋼管の端部から５ｍｍの位置では、誘導加熱により温度が上昇し、加熱が完了した時に１２００℃になったのに対し、鋼管の端部から２００ｍｍの位置では、誘導加熱により温度が上昇し、加熱が完了した時に１０００℃になり、鋼管端部内の温度差は２００℃であった。その後、常温での放冷により、鋼管の端部から５ｍｍの位置および鋼管の端部から２００ｍｍの位置ともに温度が下降して、加熱完了から約４５秒後に８００℃となり、温度差が無くなった。
【００２０】
本発明者らは、この試験結果を検討した結果、加熱が完了した時点で鋼管端部内の温度差を２００℃以下にすれば、鋼管端部内の温度差を短い時間で１００℃以下にできることを見出した。すなわち、口絞り加工装置において、加熱が完了した時の鋼管端部内の温度差を２００℃以下にすれば、加熱装置から口絞り機まで搬送するのに要する時間を調整して放冷することにより、バーナー式加熱炉といった特別な均熱設備を用いることなく、鋼管端部内の温度差を１００℃以下にして口絞り加工を行えることを見出した。
【００２１】
次に、本発明者らは、口絞り加工前の鋼管の外径や肉厚、口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径といった鋼管の寸法と誘導加熱による加熱装置に投入する電力との関係について検討した。１０分間の誘導加熱が完了した鋼管の端部において、最高温度が１３００℃以下かつ温度差が２００℃以下となる加熱装置に投入する電力を、鋼管の寸法を変化させつつ調査した。
本調査に用いた鋼管の寸法は下記の通りとした。
鋼管１：口絞り加工前の外径６０．５ｍｍ、肉厚８．７ｍｍ、口絞り部の最小外径４５ｍｍ
鋼管２：口絞り加工前の外径７６ｍｍ、肉厚１０．２ｍｍ、口絞り部の最小外径５０ｍｍ
鋼管３：口絞り加工前の外径７０ｍｍ、肉厚１４ｍｍ、口絞り部の最小外径５０ｍｍ
鋼管４：口絞り加工前の外径７０ｍｍ、肉厚１６．７ｍｍ、口絞り部の最小外径５０ｍｍ
【００２２】
図３は、鋼管の寸法と加熱装置に投入する電力との関係を示す図であり、横軸の鋼管の寸法は外径比に口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）を乗じた値である。本発明者らは、同図に示すように、外径比に肉厚（ｍｍ）を乗じた値Ｘと加熱装置に投入する電力Ｙとに下記（３）式の線形関係があることを知見した。すなわち、外径比に肉厚を乗じた値に応じて、加熱装置に投入する電力を調整することにより、加熱が完了した鋼管の端部において、最高温度が１３００℃以下かつ温度差が２００℃以下にできることを知見した。
Ｙ＝４．３×Ｘ＋７６    ・・・（３）
【００２３】
さらに、本発明者らは、鋼管の寸法と加熱が完了してから温度差が１００℃以下になるまでに要する放冷時間との関係について検討した。端部を１０分間にわたり誘導加熱した鋼管を放冷し、最高温度が１３００℃以下、最低温度が８００℃以上および温度差が１００℃以下の条件を、いずれも満足する放冷時間を、鋼管の寸法を変化させつつ調査した。本調査では、前記の鋼管１〜４を用い、前記（３）式により算出された値に加熱装置に投入する電力を調整した。
【００２４】
図４は、鋼管の寸法と加熱が完了してから放冷した時間の関係を示す図であり、横軸の鋼管の寸法は外径比に口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）を乗じた値である。本発明者らは、同図に示すように、外径比に肉厚（ｍｍ）を乗じた値Ｘと放冷時間Ｔとに下記（４）式の線形関係があることを知見した。すなわち、外径比に肉厚を乗じた値に応じて、放冷時間を調整することにより、放冷時間が経過した鋼管端部において、最高温度が１３００℃以下、最低温度が８００℃以上および温度差が１００℃以下の条件を、いずれも満足させることができる。
Ｔ＝６．６×Ｘ−１６    ・・・（４）
【００２５】
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）および（２）の鋼管端部の口絞り加工装置、並びに下記（３）および（４）の鋼管端部の口絞り加工方法を要旨としている：
【００２６】
（１）複数の被加熱材を同時に誘導加熱することができる加熱装置と、鋼管の端部を前記加熱装置に装入して加熱しつつ、搬送するコンベアと、搬送された鋼管の端部を絞って口絞り加工を施す口絞り機と、前記コンベアにより搬送された鋼管を前記口絞り機に搬送する口絞り搬送装置と、下記（１）式により算出される基本投入電力と、前記加熱装置に装入された鋼管の本数とを乗じた値に応じて前記加熱装置に投入する電力を調整する加熱制御手段と、端部が加熱された鋼管に前記口絞り機で口絞り加工を施す際、前記加熱装置による加熱が完了してから口絞り加工を開始するまでに要する放冷時間を、下記（２）式により算出される時間に応じて調整する放冷時間制御手段とを有することを特徴とする鋼管端部の口絞り加工装置。
Ｗ＝４．３×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ＋７６ ・・・（１）
Ｔ＝６．６×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ−１６ ・・・（２）
ここで、Ｗは基本投入電力（ｋＷ）、Ｔは時間（ｓ）、Ｄ１は口絞り加工前の鋼管の外径（ｍｍ）、ｔは口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）、Ｄ２は口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径（ｍｍ）である。
【００２７】
（２）前記コンベアが、口絞り加工を施す前に加熱が必要な鋼管の場合は、当該鋼管の端部を前記加熱装置に装入して加熱しつつ搬送し、口絞り加工を施す前に加熱が不要な鋼管の場合は、当該鋼管の端部を前記加熱装置に装入して加熱することなく搬送することを特徴とする上記（１）に記載の鋼管端部の口絞り加工装置。
【００２８】
（３）口絞り加工前の鋼管の外径および肉厚、並びに口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径が同一である鋼管群を順次搬送し、搬送された鋼管の端部に口絞り機で口絞り加工を施す鋼管端部の口絞り加工方法であって、前記鋼管群を順次搬送する際に、複数の被加熱材を同時に誘導加熱することができる加熱装置に装入して鋼管の端部を加熱しつつ、搬送し、前記加熱装置に投入する電力を、下記（１）式により算出される基本投入電力と、前記加熱装置に装入された鋼管の本数とを乗じた値に応じて調整し、前記搬送された鋼管の端部に口絞り加工を施す際に、前記加熱装置による加熱が完了してから口絞り加工を開始するまでに要する放冷時間を、下記（２）式により算出される時間に応じて調整することを特徴とする鋼管端部の口絞り加工方法。
Ｗ＝４．３×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ＋７６ ・・・（１）
Ｔ＝６．６×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ−１６ ・・・（２）
ここで、Ｗは基本投入電力（ｋＷ）、Ｔは時間（ｓ）、Ｄ１は口絞り加工前の鋼管の外径（ｍｍ）、ｔは口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）、Ｄ２は口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径（ｍｍ）である。
【００２９】
（４）口絞り加工前の鋼管の外径および肉厚、並びに口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径が同一であって、口絞り加工を施す前に加熱が必要な鋼管群と、口絞り加工前の鋼管の外径および肉厚、並びに口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径が同一であって、口絞り加工を施す前に加熱が不要な鋼管群とを交互に搬送し、搬送された鋼管の端部に口絞り機で口絞り加工を施す鋼管端部の口絞り加工方法であって、前記加熱が必要な鋼管群に口絞り加工を施す際に、上記（３）に記載の鋼管端部の口絞り加工方法を用い、前記加熱が不要な鋼管群に口絞り加工を施す際に、鋼管を前記加熱装置に装入することなく、順次搬送し、搬送された鋼管の端部に口絞り加工を施すことを特徴とする鋼管端部の口絞り加工方法。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）加熱装置に投入する基本投入電力および加熱装置から口絞り機まで搬送するのに要する放冷時間を鋼管の寸法に応じて調整することにより、鋼管端部に発生する温度ばらつきを低減できる。
（２）温度ばらつきが低減された鋼管の端部を絞るので、良好な口絞り加工性能を得ることができる。
（３）バーナー式加熱炉といった特別な均熱設備や、放射温度計を用いたフィードバック制御装置を用いることなく、鋼管端部に発生する温度ばらつきを低減できるので、設備コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】鋼管の寸法と常温で口絞り加工を施す際に鋼管端部に付与する加圧力（ｋＮ）との関係を示す図であり、横軸の鋼管の寸法は外径比に口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）を乗じた値である。
【図２】誘導加熱により１本の鋼管を加熱する基礎試験における、加熱時間と鋼管端部の温度との関係を示す図である。
【図３】鋼管の寸法と加熱装置に投入する電力との関係を示す図であり、横軸の鋼管の寸法は外径比に口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）を乗じた値である。
【図４】鋼管の寸法と加熱が完了してから放冷した時間の関係を示す図であり、横軸の鋼管の寸法は外径比に口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）を乗じた値である。
【図５】本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法による口絞り加工処理例を説明する模式図である。
【図６】本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法による口絞り加工処理フローの一例を説明する図であり、同図（ａ）は加熱が必要な鋼管を加熱装置に装入した状態、同図（ｂ）は加熱が必要な２本の鋼管を加熱装置に装入した状態、同図（ｃ）は加熱が必要な鋼管を口絞り機に搬送する状態、同図（ｄ）は加熱が不要な鋼管をコンベアで搬送する状態、同図（ｅ）は加熱が不要な鋼管端部を口絞り機に搬送する状態をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法について、図面に基づいて説明する。
【００３３】
図５は、本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法による口絞り加工処理例を説明する模式図である。同図には鋼管端部に口絞り加工を施す鋼管の寸法測定や表面性状の検査に用いる検査台２と、口絞り加工装置１と、端部が絞られた鋼管を保管するラック３とを示す。同図に示す口絞り加工装置１は、検査に合格した鋼管が投入され、鋼管の管端位置を揃える第１アライニング装置１１と、複数の被加熱材を同時に誘導加熱することができる加熱装置１２と、鋼管の端部を加熱装置１２に装入して加熱しつつ搬送するコンベア１３と、搬送された鋼管の端部を絞って口絞り加工を施す口絞り機１４と、コンベアにより搬送された鋼管を口絞り機に搬送するとともに、口絞り機で端部が絞られた鋼管を搬出する口絞り搬送装置１５と、端部が絞られた鋼管の管端位置を揃えラック３に搬出する第２アライニング装置１６とを有する。
【００３４】
同図に示す口絞り加工装置１では、口絞り機１４は、管端に向かって外径が小さくなるテーパ部４ｂに外径が一定のストレート部４ｃを連設して口絞り部４ａを形成する。
【００３５】
さらに、同図に示す口絞り加工装置１は、加熱装置１２に投入する電力を調整する加熱制御手段１７と、加熱装置による加熱が完了してから口絞り加工を開始するまでに要する放冷時間を調整する放冷時間制御手段１８とを有する。同図に示す口絞り加工装置１では、黒塗り矢印で示す方向に鋼管が搬送される。
【００３６】
加熱制御手段１７は、下記（１）式により算出される基本投入電力と、加熱装置１２に装入されている鋼管の本数とに応じて加熱装置１２に投入する電力を調整する。
Ｗ＝４．３×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ＋７６    ・・・（１）
ここで、Ｗは基本投入電力（ｋＷ）、Ｄ１は口絞り加工前の鋼管の外径（ｍｍ）、ｔは口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）、Ｄ２は口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径（ｍｍ）である。
【００３７】
前記（１）式は、前記（３）式において、外径比に肉厚を乗じた値Ｘを、口絞り加工前の鋼管の外径Ｄ１および肉厚ｔ、並びに口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径Ｄ２を用いて表したものである。
【００３８】
前記（１）式を用い、口絞り加工前の外径および肉厚、口絞り部の最小外径といった鋼管の寸法に応じて基本投入電力を算出することにより、鋼管端部に溶融温度１３００℃を超える部分が生じさせることなく、鋼管端部内の温度差を２００℃以下にして誘導加熱することができる。基本投入電力が前記（１）式で算出される値を超えると、加熱された鋼管端部で溶融温度１３００℃を超える部分が生じ、鋼管に曲りが発生するおそれがある。一方、基本投入電力が前記（１）式で算出される値未満であると、加熱された鋼管の端部内で発生する温度差が２００℃を超え、放冷により温度差を１００以下にするのに時間を要し、口絞り加工装置の生産性を低下させるおそれがある。
【００３９】
また、加熱制御手段１７は、基本投入電力と加熱装置１２に装入されている鋼管の本数とに応じて加熱装置１２に投入する電力を調整する。これにより、口絞り加工を開始する際に加熱装置に装入される鋼管の本数が増加する場合や、口絞り加工を終了する際に加熱装置に装入される鋼管の本数が減少する場合にも、鋼管端部に溶融温度１３００℃を超える部分が生じさせることなく、鋼管端部内の温度差を２００℃以下にして誘導加熱することができる。
【００４０】
基本投入電力と加熱装置１２に装入されている鋼管の本数とに応じて加熱装置１２に投入する電力を調整する際には、前記（１）式で算出される基本投入電力に加熱装置１２に装入された鋼管の本数を乗じた値に加熱装置１２に投入する電力を調整することができる。加熱装置に投入する電力は、基本投入電力に加熱装置１２に装入された鋼管の本数を乗じた値と等しい場合に限らず、基本投入電力に加熱装置１２に装入された鋼管の本数を乗じた値に対して±２％の範囲に調整しても、鋼管端部に溶融温度１３００℃を超える部分が生じさせることなく、鋼管端部内の温度差を２００℃以下にして誘導加熱することができる。
【００４１】
複数の被加熱材を同時に誘導加熱することができる加熱装置は、一般的に、装入する鋼管ごとに投入電力といった加熱条件を設定することができない。このため、口絞り加工前の外径や肉厚、口絞り加工後における口絞り部の最小外径が異なる鋼管を、１台の口絞り加工装置で処理する場合は、鋼管端部を均一に加熱するために加熱装置１２に投入する電力の算出が困難となる。１本の鋼管の端部を加熱する誘導加熱装置を複数連設し、加熱装置ごとに投入する電力を調整する方式を採用することにより、寸法の異なる鋼管を同時に加熱することも考えられるが、複数の加熱装置が必要となることから、設備コストが上昇して問題となる。したがって、本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法では、口絞り加工前の外径および肉厚、並びに口絞り部の最小外径が同一である鋼管群を処理対象とする。
【００４２】
放冷時間制御手段１８は、端部が加熱された鋼管に口絞り機１４で口絞り加工を施す際に、加熱装置１２による加熱が完了してから口絞り加工を開始するまでに要する放冷時間を、下記（２）式により算出される時間に応じて調整する。
Ｔ＝６．６×（Ｄ２／Ｄ１）×ｔ−１６    ・・・（２）
ここで、Ｔは時間（ｓ）、Ｄ１は口絞り加工前の鋼管の外径（ｍｍ）、ｔは口絞り加工前の鋼管の肉厚（ｍｍ）、Ｄ２は口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径（ｍｍ）である。
【００４３】
上記（２）式は、前記（４）式において、外径比に肉厚を乗じた値Ｘを、口絞り加工前の鋼管の外径Ｄ１および肉厚ｔ、並びに口絞り加工後における鋼管の口絞り部の最小外径Ｄ２を用いて表したものである。
【００４４】
放冷時間を、前記（２）式により算出される時間に応じて調整すると、誘導加熱された鋼管は、放冷により、鋼管の端部が８００℃以上、かつ、鋼管端部内の温度差が１００℃以下となる。放冷時間が、前記（２）式により算出される時間を超えると、鋼管端部に８００℃未満となる部分が生じ、口絞り加工を施す際に必要な加圧力が増加することから、加圧力不足により加工不良となるおそれがある。一方、放冷時間が、前記（２）式により算出される時間未満であると、放冷された鋼管端部内の温度差が１００℃を超え、口絞り加工が施された鋼管の口絞り部に亀裂や内部ボイドを生じさせるおそれがある。
【００４５】
放冷時間を、前記（２）式により算出される時間に応じて調整する際には、放冷時間を前記（２）式により算出される時間に調整することができる。放冷時間は、前記（２）式により算出される時間と等しい場合に限らず、放冷時間を、前記（２）式により算出される時間に対して±４％の範囲に調整しても、鋼管の端部を８００℃以上、かつ、鋼管端部内の温度差を１００℃以下にできる。
【００４６】
前記図５に示す口絞り加工装置では、放冷時間制御手段１８が口絞り搬送装置１５の搬送速度を増減させ、加熱装置１２による加熱が完了してから口絞り加工を開始するまでに要する時間を、前記（２）式により算出される時間に応じて調整する。この他に、放冷時間を調整する方式として、口絞り搬送装置１５がコンベアにより搬送された鋼管を受け取ってから搬送を開始するまで所定時間待機させ、この待機時間を放冷時間制御手段により増減させて放冷時間を調整する方式や、口絞り機１４に鋼管が搬送されてから口絞り加工を開始するまで所定時間待機させ、この待機時間を放冷時間制御手段により増減させて放冷時間を調整する方式を採用できる。
【００４７】
このように本発明の口絞り加工装置は、加熱制御手段１７が前記（１）式により算出される基本投入電力に応じて加熱装置１２に投入する電力を調整するとともに、放冷時間制御手段１８が前記（２）式により算出される時間に応じて放冷時間を調整する。これにより、本発明の口絞り加工装置は、鋼管の端部を８００℃以上、かつ、鋼管端部内の温度差を１００℃以下にして誘導加熱することができる。
【００４８】
本発明の口絞り加工装置は、鋼管の端部に発生する温度ばらつきを低減して加熱することができることから、良好な口絞り加工性能を得ることができる。また、本発明の口絞り加工装置は、鋼管を加熱装置から口絞り機まで搬送するのに要する時間を調整して放冷するので、バーナー式加熱炉といった特別な均熱設備や放射温度計を用いたフィードバック制御装置を付加する必要がなく、設備コストを抑えることができる。
【００４９】
ここで、口絞り加工装置では、例えば、口絞り加工を施す前に加熱が必要な鋼管群を処理した後、口絞り加工を施す前に加熱が不要な鋼管群を処理する場合がある。この場合、前記図５に示す口絞り加工装置を用いると、加熱が不要な鋼管を加熱装置１２で加熱することなく口絞り機１４に搬送するため、加熱が必要な複数の鋼管の後に鋼管４本分の間隔を設けた状態で加熱が不要な鋼管をコンベアで搬送する必要があり、口絞り加工装置の生産性が低下する。加熱が必要な鋼管の後に間隔を設けるのは、複数の被加熱材を同時に誘導加熱する加熱装置では、全ての装入された鋼管の端部が加熱されるので、加熱が必要な鋼管と加熱が不要な鋼管を同時に装入することができないからである。
【００５０】
このため、本発明の鋼管端部の口絞り加工装置１では、コンベア１３は、口絞り加工を施す前に加熱が必要な鋼管の場合は、当該鋼管の端部を加熱装置１２に装入して加熱しつつ搬送し、口絞り加工を施す前に加熱が不要な鋼管の場合は、当該鋼管の端部を加熱装置１２に装入して加熱することなく搬送するものを用いるのが好ましい。これにより、後述する図６を用いて説明するように、加熱が必要な鋼管群と、加熱が不要な鋼管群とを交互に搬送し、搬送された鋼管の端部に口絞り機で口絞り加工を施す場合にコンベア１３で間隔を設ける必要がなくなり、口絞り加工装置の生産性を維持することができる。
【００５１】
次に、本発明の鋼管端部の口絞り加工方法による口絞り加工処理フローの一例を説明する。本処理フローでは、口絞り加工前に加熱が必要な鋼管群を処理した後、口絞り加工前に加熱が不要な鋼管群を処理するフローを説明する。
【００５２】
図６は、本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法による口絞り加工処理フローの一例を説明する図であり、同図（ａ）は加熱が必要な鋼管を加熱装置に装入した状態、同図（ｂ）は加熱が必要な２本の鋼管を加熱装置に装入した状態、同図（ｃ）は加熱が必要な鋼管を口絞り機に搬送する状態、同図（ｄ）は加熱が不要な鋼管をコンベアで搬送する状態、同図（ｅ）は加熱が不要な鋼管端部を口絞り機に搬送する状態をそれぞれ示す。同図では、鋼管端部に口絞り加工を施す鋼管の寸法測定や表面性状の検査に用いる検査台２と、端部が絞られた鋼管を保管するラック３とを省略した。また、同図では、加熱が不要な鋼管を外面にハッチングを施して示し、搬送される鋼管の流れを黒塗り矢印で示す。
【００５３】
図６に示す口絞り加工装置１では、コンベア１３は、口絞り加工を施す前に加熱が必要な鋼管を、端部を加熱装置１２に装入して加熱しつつ搬送し、口絞り加工を施す前に加熱が不要な鋼管の場合は、当該鋼管の端部を加熱装置１２に装入して加熱することなく搬送する。また、加熱制御手段１７は、前記（１）式により算出される基本投入電力に加熱装置１２に装入された鋼管の本数を乗じた値に加熱装置１２に投入する電力を調整する。放冷時間制御手段１８は、口絞り搬送装置１５の搬送速度を増減させることにより、放冷時間を前記（２）式により算出される時間に調整する。
【００５４】
内径や外径、肉厚といった寸法を測定され、表面性状を検査された鋼管は、第１アライニング装置１１により管端位置を揃えた後、コンベア１３により搬送される。同図（ａ）に示すように、コンベア１３は、口絞り加工前に加熱が必要な鋼管の場合、鋼管の端部を加熱装置１２に装入しつつ、搬送する。この際、加熱制御手段１７は、加熱装置１２に投入する電力を、前記（１）式により算出される基本投入電力に装入された鋼管の本数を乗じた値に調整する。同図（ａ）に示す状態では、加熱装置１２に装入された鋼管の本数は１本であることから、加熱装置１２に投入する電力は、基本投入電力の値となる。
【００５５】
続いて鋼管が口絞り加工装置に供給され、同図（ｂ）に示すように、加熱装置１２に２本鋼管の鋼管が装入されると、加熱制御手段１７は、加熱装置１２に投入する電力を、前記（１）式により算出される基本投入電力に加熱装置に装入された鋼管の本数である２を乗じた値に調整する。このように、加熱制御手段１７は、加熱装置１２に装入された本数の増加に応じて、加熱装置１２に投入される電力を調整して階段状に増加させる。
【００５６】
同図（ｃ）に示すように、加熱が完了した鋼管を搬送して口絞り機１４で口絞り加工を施す際、放冷時間制御手段１８により、口絞り搬送装置の搬送速度を増減させ、加熱が完了してから口絞り加工を開始するまでに要する放冷時間を、前記（２）式で算出される時間に調整する。端部が絞られた鋼管は、口絞り搬送装置１５により口絞り機１４から搬出された後、第２アライニング装置１６により管端の位置を揃えられ、ラックに搬出されて保管される。また、同図（ｃ）に示す場合は、加熱装置１２に装入された鋼管の本数が増減しないことから、加熱装置１２に投入される電力は基本投入電力に加熱装置に装入された鋼管の本数である５を乗じた値で維持される。
【００５７】
順次、加熱が不要な鋼管（外面にハッチングが施された鋼管）が口絞り加工装置に供給され、同図（ｄ）に示すように、加熱装置１２の装入位置までコンベアにより搬送されると、コンベア１３は、加熱が不要な鋼管を加熱装置１２に装入して加熱することなく搬送する。このように、同図に示す口絞り加工装置１では、コンベア１３として、加熱が必要な鋼管を加熱しつつ搬送し、加熱が不要な鋼管を加熱することなく搬送するものを用いることにより、加熱が必要な鋼管群と加熱が不要な鋼管群とを交互に搬送し、搬送された鋼管の端部に口絞り機で口絞り加工を施す場合にコンベア１３で間隔を設ける必要がなくなり、口絞り加工装置の生産性を維持することができる。
【００５８】
また、加熱が不要な鋼管が加熱装置１２の装入位置までコンベアにより搬送されると、加熱制御手段１７は、加熱装置１２に投入する電力を、前記（１）式により算出される基本投入電力に加熱装置に装入された鋼管の本数である４を乗じた値に調整する。このように、加熱制御手段１７は、加熱装置１２に装入された本数の減少に応じて、加熱装置１２に投入される電力を調整して階段状に減少させる。
【００５９】
同図（ｅ）に示すように、加熱が不要な鋼管を搬送して口絞り機１４で口絞り加工を施す際は、放冷時間を制御することなく、口絞り加工を行う。
【実施例】
【００６０】
誘導加熱が完了した時の鋼管端部の温度を評価する試験と、加熱された鋼管端部を放冷した後の温度を評価する試験を行い、本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法を検証した。
【００６１】
（１）加熱完了時の評価試験
［試験方法］
本試験では、前記図５に示す口絞り加工装置により、コンベア１３を用いて鋼管の端部を加熱装置１２に装入して加熱しつつ搬送した。その際、鋼管端部の外面温度を、管端から５ｍｍの位置と、管端から２００ｍｍの位置でそれぞれ測定した。
本試験での試験条件は下記の通りとした。
鋼管：口絞り加工前の外径７０ｍｍ、肉厚１４ｍｍ、口絞り部の最小外径５０ｍｍ
材質  ＪＩＳに規定されるＳＵＳ３０４ＴＰステンレス鋼
加熱条件：周波数５．６Ｈｚ、加熱時間１０分
【００６２】
本試験に用いた鋼管の寸法から前記（１）式により算出される基本投入電力は１１９ｋＷである。本発明例１では、加熱装置に投入する電力を、１１７ｋＷに加熱装置に装入された鋼管の本数を乗じた値に調整することにより、前記（１）式により算出した基本投入電力と加熱装置に装入された鋼管の本数とに応じて調整した。また、加熱装置に投入する電力を、比較例１では、基本投入電力を超える１２５ｋＷに、加熱装置に装入された鋼管の本数を乗じた値に調整し、比較例２では、基本投入電力未満である１０２ｋＷに、加熱装置に装入された鋼管の本数を乗じた値に調整した。
【００６３】
表１に、加熱装置に投入される鋼管１本あたりの電力（ｋＷ）と、加熱が完了した時の管端から５ｍｍの位置と管端から２００ｍｍの位置における温度差（℃）および最高温度（℃）と、加熱完了時の評価を示す。
【００６４】
【表１】
0005402865.tif 000002
【００６５】
［評価基準］
表１の「加熱完了時の評価」欄の記号の意味は次の通りである：
○：加熱が完了した時、管端から５ｍｍの位置と管端から２００ｍｍの位置において、温度差が２００℃以下、かつ、最高温度が１３００℃以下であることを示す。
×：加熱が完了した時、管端から５ｍｍの位置と管端から２００ｍｍの位置において、温度差が２００℃以下および最高温度が１３００℃以下である条件のうち、いずれかの条件を満たさないことを示す。
【００６６】
［試験結果］
表１に示す結果から、比較例１では、加熱装置に投入する電力を、基本投入電力を超える１２５ｋＷに、加熱装置に装入された鋼管の本数を乗じた値に調整し、温度差は２００℃以下となったが、最高温度が１３００℃を超えて鋼管に曲りが発生した。また、比較例２では、加熱装置に投入する電力を、基本投入電力未満である１０２ｋＷに、加熱装置に装入された鋼管の本数を乗じた値に調整し、最高温度は１３００℃以下となったが、温度差が２００℃を超えた。
【００６７】
一方、本発明例１では、加熱装置に投入する電力を、基本投入電力に応じた１１７ｋＷに、加熱装置に装入された鋼管の本数を乗じた値に調整し、温度差が２００℃以下になるとともに、最高温度も１３００℃以下となった。したがって、加熱装置に投入する電力を、前記（１）式により算出される基本投入電力と加熱装置に装入された鋼管の本数とに応じて調整することにより、加熱が完了した時、鋼管の端部における温度差を２００℃以下にできるとともに、最高温度を１３００℃以下できることが明らかになった。
【００６８】
（２）放冷時間が経過した時の評価試験
［試験方法］
本試験では、前記図５に示す口絞り加工装置により、コンベア１３により鋼管の端部を加熱装置１２に装入して加熱しつつ搬送した後、放冷した。その際、鋼管端部の温度を、管端から５ｍｍの位置と、管端から２００ｍｍの位置でそれぞれ測定した。また、本試験では、加熱装置に投入する電力を、１１７ｋＷに加熱装置に装入された鋼管の本数を乗じた値に調整した。すなわち、前記（１）式により算出される基本投入電力が１１９ｋＷであることから、前記（１）式により算出される基本投入電力と加熱装置に装入された鋼管の本数とに応じて調整した。
本試験での試験条件は下記の通りとした。
鋼管：口絞り加工前の外径７０ｍｍ、肉厚１４ｍｍ、口絞り部の最小外径５０ｍｍ
材質  ＪＩＳに規定されるＳＵＳ３０４ＴＰステンレス鋼
加熱条件：周波数５．６Ｈｚ、加熱時間１０分
【００６９】
本試験に用いた鋼管の寸法から前記（２）式により算出される時間は５０秒である。本発明例２では、加熱装置１２による加熱が完了してから口絞り加工を開始するまでに要する放冷時間を、前記（２）式により算出した時間に応じて４８秒に調整した。また、放冷時間を、比較例３では、前記（２）式により算出される時間を超えて７２秒に調整し、比較例４では、前記（２）式により算出される時間未満である２４秒に調整した。
【００７０】
表２に、放冷時間（ｋＷ）と、放冷時間が経過した時の管端から５ｍｍの位置と管端から２００ｍｍの位置における温度差（℃）、最高温度（℃）および最低温度（℃）と、放冷時間が経過した時の評価を示す。
【００７１】
【表２】
0005402865.tif 000003
【００７２】
［評価基準］
表２の「放冷時間が経過した時の評価」欄の記号の意味は次の通りである：
○：放冷時間が経過した時、管端から５ｍｍの位置と管端から２００ｍｍの位置において、温度差が１００℃以下、最高温度が１３００℃以下および最低温度が８００℃以上の条件を、いずれも満たすことを示す。
×：放冷時間が経過した時、管端から５ｍｍの位置と管端から２００ｍｍの位置において、温度差が１００℃以下、最高温度が１３００℃以下および最低温度が８００℃以上の条件のうち、いずれかの条件を満たさないことを示す。
【００７３】
［試験結果］
表２に示す結果から、比較例３では、放冷時間を前記（２）式により算出される時間を超えて７２秒に調整し、温度差が１００℃以下および最高温度が１３００℃以下の条件を満たしたが、最低温度が８００℃未満となった。また、比較例４では、放冷時間を前記（２）式により算出される時間未満である２４秒に調整し、最高温度が１３００℃以下および最低温度が８００℃以上の条件を満たしたが、温度差が１００℃を超えた。
【００７４】
一方、本発明例２では、放冷時間を前記（２）式により算出される時間に応じて４８秒に調整し、温度差が１００℃以下、最高温度が１３００℃以下および最低温度が８００℃以上の条件を、いずれも満足した。したがって、加熱装置に投入する電力を、前記（１）式により算出される基本投入電力と加熱装置に装入された鋼管の本数とに応じて調整するとともに、放冷時間を前記（２）式により算出される時間に応じて調整することにより、放冷時間を経過した時、鋼管の端部において、温度差が１００℃以下、最高温度が１３００℃以下および最低温度が８００℃以上の条件を、いずれも満足させることができる。
【００７５】
これらから、本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法は、加熱装置に投入する電力を前記（１）式で算出される基本投入電力と加熱装置に装入された鋼管の本数とに応じて調整するとともに、放冷時間を前記（２）式で算出される時間に応じて調整することから、鋼管の端部に口絞り加工を施す際、鋼管の端部において、温度差が１００℃以下、最高温度が１３００℃以下および最低温度が８００℃以上の条件を、いずれも満足させることができる。このように、本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法により、加熱された鋼管の端部に発生する温度ばらつきを低減できることから、良好な口絞り加工性能が得られることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）加熱装置に投入する基本投入電力および加熱装置から口絞り機まで搬送するのに要する放冷時間を鋼管の寸法に応じて調整することにより、鋼管端部に発生する温度ばらつきを低減できる。
（２）温度ばらつきが低減された鋼管の端部を絞るので、良好な口絞り加工性能を得ることができる。
（３）バーナー式加熱炉といった特別な均熱設備や、放射温度計を用いたフィードバック制御装置を用いることなく、鋼管端部に発生する温度ばらつきを低減できるので、設備コストを抑えることができる。
【００７７】
したがって、本発明の鋼管端部の口絞り加工装置および口絞り加工方法は、冷間抽伸加工を用いた鋼管の製造において有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１：口絞り加工装置、  １１：第１アライニング装置、  １２：高周波誘導加熱装置、
１３：コンベア、  １４：口絞り機、  １５：口絞り搬送装置、
１６：第２アライニング装置、  １７：加熱制御手段、  １８：放冷時間制御手段、
２：検査台、  ３：ラック、  ４：鋼管、  ４ａ：口絞り部、  ４ｂ：テーパ部、
４ｃ：ストレート部
【図１】
0005402865.tif 000004
【図２】
0005402865.tif 000005
【図３】
0005402865.tif 000006
【図４】
0005402865.tif 000007
【図５】
0005402865.tif 000008
【図６】
0005402865.tif 000009